Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0)

Industrie 4.0 Semantik
und Produktkriterien
in der Antriebs- und
Fluidtechnik
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG
Frankfurt, 01.02.2017
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01. Februar 2017
Agenda
Einführung
Kommunikation Industrie 4.0
Semantik elektrische Antriebstechnik
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01. Februar 2017
Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0)
Architektur
Hierarchie
Digitale Welt
Geschäftsprozesse
Funktionen
Daten
Kommunikation
Real
Integration
Dinge
Lebenszyklus
Entwicklung, Produktion/ Verkauf, Service
Ein Lösungsraum mit Koordinatensystem für Industrie 4.0
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
3 |Februar
Die Industrie 4.0 Komponente
RAMI4.0
Digitale Welt
Geschäftsprozesse
Funktionen
Daten
Kommunikation
I4.0
Kommunikation
VerwaltungsSchale
Gegenstand,
z.B. Maschine
Integration
Real
Die Verbindung erfolgt über
die I4.0 Kommunikation
Die Verwaltungsschale ist
der digitale Anteil
Der Gegenstand ist der
reale Anteil
Dinge
Jedes Produkt braucht seine Verwaltungsschale, damit es in
Industrie 4.0 eingebunden werden kann
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
4 |Februar
Wichtige Themen für Industrie 4.0
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
5 |Februar
Kommunikationsschicht
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Grafik
© Plattform Industrie
4.0
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
6 |Februar
Industrie 4.0 Kommunikation
Entreprise
Alte Welt - Industrie 3.0
• Struktur durch Hardware
Work
Centers
• Funktionen sind an Hardware
gebunden
• Kommunikation zwischen
Hierarchieebenen
Station
• Das Produkt steht außerhalb
Control
Device
Field
Device
Product
Grafik
© Anna
Salari, AG
designed
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth
Name
des
Referenten
by freepik
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
7 |Februar
Industrie 4.0 Kommunikation
Neue Welt – Industrie 4.0
Connected
World
• Flexible Anlagen und Maschinen
• Funktionen werden im Netzwerk
verteilt.
• Alle Teilnehmer sind über
Hierarchieebenen hinweg
miteinander vernetzt
• Kommunikation findet zwischen
allen Beteiligten statt
Smart
Factory
• Das Produkt ist Teil des Netzes
Smart
Products
Grafik © Anna Salari, designed by freepik
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
8 |Februar
Wer dolmetscht? Die Verwaltungsschale …
• ist das Interface zwischen I4.0
Kommunikation und dem physischen
Gegenstand
• ist der Datenspeicher aller
Informationen zum Asset
• ist die standardisierte
Kommunikationssschnittstelle im
Netzwerk
• kann auch passive Assets einbinden
• kann verwendet werden für die
schrittweise Migration von
Bestandsmaschinen und – anlagen
Grafik © Anna Salari, designed by freepik, Modell Verwaltungsschale © ZVEI SG Modelle und Standards
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite01.
9 |Februar
Kommunikationsschicht
als ISO/OSI Modell
OSI Schichten
OPC-UA
7 Application
6 Presentation
5 Session
4 Transport
UDP, TCP
3 Network
IP, IPsec
2 Data Link
1 Physical
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Ethernet, WiFi, GSM/4G
Wired & Wireless
Quelle: Plattform Industrie 4.0
TSN, 5G
Connected
World
Enterprise
Work Center
Station
Control Device
Field Device
Product
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
10 |Februar
Ausschnitt IIRA:
Vertical Connectivity
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
11 |Februar
Vergleich RAMI 4.0 – IIRA:
Erste gemeinsame Festlegung
 Transmission based on TCP/UDP/IP today, later TSN or 5G possible
 OPC-UA based communication protocol
IIC Testbed – TSN with OPC-UA
SPS,IPC&Drives 2016
Life Cycle Phase: Production and Service
Functional Hierarchy: from Product to Work Center Level
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
12 |Februar
Informationsschicht
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Grafik
© Plattform Industrie
4.0
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
13 |Februar
Informationsschicht
Verteilte Daten am Beispiel Servomotor
Zusammenführen der verteilten Daten für neue Geschäftsmodelle
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
14 |Februar
Informationsschicht
Hersteller – Servomotor
Konstruktion:
 Mechanisch
 Elektrisch
 Fluidik
Daten und Dateien
Produktnummer
Revisionen
Rohstoffe/Zukauf:
Materialien
Chargen
Stücklisten
Ersatzteile
Beispiel
Durchgeführte
Reparaturen
Ist Daten Fertigung
Arbeitspläne
Simulation
Wartungen
Qualitätsdaten
Produktionskonzept
Kaufmänisch
Inkl. Lieferdaten
Kundenparameter
Seriennummer
Verpackung
…
Konfiguration
Eigenschaften
Katalogdaten
Lieferanten
…
Dokumentation
Datenblätter
Werkskalibrierung
…
…
Entwicklungsdaten
und Unterlagen
Änderungs-,
Revisionsdaten
Development
Maintenance
Usage
Type
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Produktionsdaten
Production
Servicedaten
Funktion:
Produkt
Servomotor
Maintenance
Usage
Instance
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
15 |Februar
Informationsschicht
Endkunde – Servomotor in Maschine
Lieferantendaten
Seriennummern
Service und
Wartungsdaten
Inventarnummern
…
Ort
…
Felddaten:
 Belastungen
 Laufleistung
 Umgebung
 Vibrationsdaten
(hohe Abtastung)
 Temperaturen
(geringe
Abtastung)
Instandhaltung
Beispiel
Durchgeführte
Wartungen
…
Bedienung
Optimierung
…
Entwicklungsdaten
und Unterlagen
Änderungs-,
Revisionsdaten
Development
Maintenance
Usage
Type
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Produktionsdaten
Production
Servicedaten
Funktion:
Fielddevice
Servomotor
Maintenance
Usage
Instance
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
16 |Februar
Interaktion
Arbeitsgruppen Semantik
Plattform
AG1/UAG
Ontologie
Bestellmerkmale
ecl@ss
Arbeitsgruppe
Elektrische
Antriebstechnik
ecl@ss
Arbeitsgruppe
Pneumatik
weitere I4.0 Daten
AK elektrische
Antriebstechnik
ZVEI
ecl@ss
Arbeitsgruppe
Hydraulik
AK Hydraulik &
Pneumatik
VDMA
…
…
Mitarbeit in den Arbeitsgruppen erwünscht !
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
17 |Februar
Agenda
Einführung
Kommunikation RAMI4.0
Semantik elektrische Antriebstechnik
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01. Februar 2017
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
Motivation und Nutzen
Allgemein
 Orientierung was Industrie 4.0 ist
UND auch was nicht
Ausführende Stelle
 Herstellerunabhängig
 Nicht jedes Produkt ist „Industrie 4.0“
 Kenntnis der I4.0 Standardisierungsarbeiten
 Positionierung für den Markt
 Standardisierungsarbeiten fließen über
Kriterien in Herstellerumsetzungen
Kunden
 Zukunftssicherheit durch
firmenübergreifende Sprachregelung
 Herstellerunabhängige Festlegung
Wichtige Voraussetzungen
 Selbstprüfung, bewusst keine Zertifizierung
Hersteller
 Orientierung was mit Industrie 4.0
benannt werden kann
 Eigenschaften als Orientierung für die
Produktentwicklungen
 Eigenes I4.0 Label kann an die Kriterien
gekoppelt werden
 Selbstentscheidung bzgl. der Verwendung
(im Katalog, auf Produkten, in der Werbung, …)
 Kostenfrei und Zugang für jedermann
Erste herstellerunabhängige Orientierung für Kunden und Hersteller
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
19 |Februar
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
Herleitung der Kriterien
I4.0 Komponente
RAMI4.0
I4.0
Kommunikation
Architektur Schichten
Asset
z.B. Maschine *
Business
Digitale Welt
VerwaltungsSchale
Functional
Information
Communication
Real
Integration
Assets
Kriterien für I4.0
Standardfunktionen
Grundfunktionen, die
geräteunabhängig gleich sind
I4.0 Semantik
Eine gemeinsame Sprache
(Vokabeln und Satzbau)
Virtuelle Beschreibung
I4.0 Dienste und Zustände
I4.0 Kommunikation
die die neuen Dienste abbilden
kann
Identifikation
Eindeutige Kennzeichnung von
physischen Dingen und Daten
Security
Die Kriterien beziehen sich auf die wichtigen neuen Eigenschaften für Industrie 4.0
VDMA
| Martin
Hankel,
Bosch
Rexroth
* Bezieht
sich
auch
aufAG
einzelne
Name des
Referenten
Quelle:
Plattform
Industrie 4.0
Komponenten wie
z.B.
Sensoren,
Aktoren, Steuerungen, Software, …
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
20 |Februar
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
Produkteigenschaften 2017
Kriterium
1. Identifikation
2.
I40Kommunikation
3. I40- Semantik
Anforderungen
L E
Produkteigenschaften 2017
[1]
[2]
Herstellerübergreifende Identifizierung mit eindeutigem Identifier (ID) T M für 1) Materialnummer (elektronisch) nach ISO 29002-5
oder URI
auf dem Produkt angebracht, elektronisch lesbar.
Identifizierung in:
für 2) Seriennummer oder eindeutige ID
1) Entwicklung
für 3) Hersteller + Seriennummer oder eindeutige ID
2) Warenverkehr (Logistik), Produktion
I M mit 2) und 3) elektronisch lesbar, physische Produkte über 2D3) Vertrieb, Service, Marketing
Code oder RFID
4) Netzwerk
für 4) Identifikation Teilnehmer über IP Netzwerk
Übertragung von Daten und Datenfiles des Produkts für z.B. die
Auslegung oder Simulation, Daten zum Produkt in standardisierter
Form.
Hersteller macht Kundenrelevante Daten mit Hilfe der
T M Identifikation online digital verfügbar/ abrufbar, z.B. pdf über
http(s)
Produkt über Netzwerk ansprechbar, liefert und übernimmt Daten,
Plug & Produce über I4.0 konforme Dienste.
I M
Standardisierte Daten mit herstellerübergreifender eindeutiger
Identifizierung in Form von Merkmalen mit Syntax für z.B.:
1) Kaufmännische Daten
2) Katalogdaten
3) Technische Daten: Mechanik, Elektrik, Funktionalität, Örtlichkeit,
Leistungsfähigkeit
4) Dynamische Daten
5) Daten über den Lebenslauf der Produktinstanz Produkt online ansprechbar über TCP/UDP&IP mit mindestens
dem Informationsmodell von OPC-UA T M Katalogdaten online abrufbar
I M
Katalogdaten und Daten über den Lebenslauf der
Produktinstanz online abrufbar L:Lebenszyklus mit T:Typ und I:Instanz
E:Erfassungsgrad mit M:Mandatory, O:Optional (Use Case abhängig ev. doch Mandatory) und N: Nicht relevant
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
21 |Februar
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
Produkteigenschaften 2017
4.
Kriterium
Anforderungen
Virtuelle
Beschreibung
Virtuelles Abbild in I40 konformer Semantik
Kundenrelevante Informationen anhand der Typen-Identifikation
Virtuelles Abbild über den gesamten Lebenszyklus. Charakteristische
Merkmale der realen Komponente, Informationen über Beziehungen T M digital abrufbar (Produktbeschreibung, Katalog, Bild,
technische Features, Datenblatt, Security Eigenschaften, etc.)
der Merkmale untereinander, produktions- und produktionsprozessrelevante Beziehungen zwischen Industrie 4.0-Komponenten,
Formale Beschreibung relevanter Funktionen der realen Komponente I M Digitaler Kontakt zum Service und Informationen zum
Produktsupport inkl. Ersatzteilinformation aus dem Feld möglich
und seiner Abläufe.
I40- Dienste
5.
und Zustände
6.
Standardfunktionen
7. Security
L E
Produkteigenschaften 2017
Definition noch offen (Dienstsystem)
T O Beschreibung der Geräteschnittstelle digital verfügbar Allgemeine Schnittstelle für nachladbare Dienste und Meldung von
Zuständen. Notwendige Basisdienste, die ein I4.0 Produkt
unterstützen und bereitstellen muss.
Informationen wie Zustände, Fehlermeldungen, Warnungen ,
I O etc. nach einer Industrienorm über OPC-UA
Informationsmodell verfügbar
Grundlegende standardisierte Funktionen, die herstellerunabhängig
auf verschiedenen Produkten lauffähig sind und gleiche Daten in
gleichen Funktionen liefern. Sie dienen als Grundstock der
Funktionalität, auf die jeder Hersteller seine eigenen Erweiterungen
aufbauen kann.
T N nicht definiert
Mindestbedingungen zur Sicherstellung der Security-Funktionalität.
I N nicht definiert
Eine Bedrohungsanalyse wurde durchgeführt. Angemessene
T M Security-Fähigkeiten wurden berücksichtigt und öffentlich
dokumentiert.
Vorhandene Security Fähigkeiten sind dokumentiert.
I M
Entsprechend sichere Identitäten sind vorhanden.
L:Lebenszyklus mit T:Typ und I:Instanz
E:Erfassungsgrad mit M:Mandatory, O:Optional (Use Case abhängig ev. doch Mandatory) und N: Nicht relevant
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
22 |Februar
Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
Kriterien & Produkteigenschaften
im zeitlichen Verlauf
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
23 |Februar
Zusammenfassung
I4.0
Kommunikation
mit
TCP/UDP/IP
und OPC-UA
Migration nach
VDMA
I4.0 mit
Arbeitskreise
Integration
zur Sematik
Layer
- Mitmachen Standardisierte
Daten
Kriterien für
(Sprache) für
Industrie 4.0
Vielen Dank
neue
Produkte
für Ihre
GeschäftsAufmerksamkeit
modelle
Neuheiten Nov. 2016:





Diskussionspapier: Interaktionsmodell für Industrie 4.0 Komponenten
Diskussionspapier: Verwaltungsschale der Netzkommunikation bei Industrie 4.0
Kurzleitfaden: Einführung von Industrie 4.0 Security in KMU
Whitepaper: Beispiele zur Verwaltungsschale der Industrie 4.0-Komponente - Basisteil
Leitfaden: Kriterien für Industrie 4.0 Produkte
VDMA | Martin
Hankel,
Bosch Rexroth AG
Name des
Referenten
Quelle: Plattform Industrie 4.0
01.09.2014
Martin Hankel, Bosch Rexroth AG, SPS-IPC-Drives
20162017
Seite 01.
24 |Februar